Diametralna zmiana kolorów w jednym ustawieniu: sprawdzanie temperatury barwowej w monitorach LCD

Opublikowano: Listopad 30, 2012

W tym artykule skoncentrujemy się na temperaturze barwowej, podstawowym parametrze związanym z jakością obrazu. Temperatura bieli ma kolosalny wpływ na jakość obrazu w monitorach LCD, jednak najczęściej się zdarza, że użytkownicy wybierają domyślne ustawienia. Dobre zrozumienie znaczenia temperatury barwowej pozwoli na lepsze dostrojenie jakości obrazu na monitorze LCD.

Uwaga: Poniższy tekst jest tłumaczeniem z japońskiego, artykułu zamieszczonego w ITmedia „Drastyczna zmiana kolorów w jednym ustawieniu: sprawdzanie temperatury barwowej w monitorach LCD” („Altering a color dramatically with a single setting: Examining color temperature on an LCD monitor”) opublikowanego 30 marca 2009 r. Copyright ITmedia Inc. All Rights Reserved.

Dlaczego używa się temperatury do opisania koloru?

Większość współczesnych monitorów posiada w swoim menu funkcję dostrajania temperatury barwowej. Ponieważ wpływa ona znacząco na reprodukcję kolorów monitora LCD, to aby uzyskać właściwe ich odwzorowanie, użytkownik musi wybrać właściwe ustawienie temperatury.

Zacznijmy od ogólnego wyjaśnienia znaczenia pojęcia temperatury barwowej. Temperatura barwowa odnosi się do koloru światła, służy jako standardowy wyznacznik balansu kolorów wielu produktów, w tym monitorów, aparatów i sprzętu oświetleniowego. Jednostką miary, w jakiej jest wyrażana, są stopnie Kelvina (K), nie mylić ze stopniami Celsjusza (C) używanymi do wyrażania temperatury powietrza i innych materiałów. Skala Kelvina jest mniej znana niż Celsjusza, ale nie powinniśmy z tym mieć większych problemów, jeśli zapamiętamy dwie podstawowe zależności: Im mniejsza wartość temperatury barwowej w stopniach Kelvina, tym białe obiekty będą się wydawały czerwieńsze, i przeciwnie, im wyższa temperatura barwowa, tym bardziej niebieskie będą się one wydawały.

Poniższe tabele wskazują, przybliżone temperatury kolorów dla różnych źródeł światła, w tym światła słonecznego. Jak już prawdopodobnie odgadłeś, niższe temperatury kolorów oznaczają czerwieńsze światło, a wyższe temperatury oznaczają światło bardziej niebieskie. Większość fotografów wykonujących zdjęcia cyfrowymi lustrzankami (SLR) mogą ustawić balans bieli w zakresie 5.000°-5.500°K. Ponieważ światło dzienne ma temperaturę barwową 5.000°-5.500°K, ustawienie balansu bieli na taką właśnie wartość pozwala na robienie zdjęć z kolorami zbliżonymi do tych, jakie są postrzegane przez oko.

temperatura_barwowa_01

Wykres temperatury barw. W miarę spadku temperatury barwowej, biały staje się żółty, następnie czerwony. Wraz ze wzrostem temperatury kolorów, biały stopniowo zamienia się w kolor niebieski. Zauważ, że ten schemat jest jedynie przybliżonym przedstawieniem, jak myśleć o temperaturach barw, i nie oddaje wiernie możliwej temperatury barw w konkretnych warunkach.

temperatura_barwowa_

Kolor jest wyrażany jako temperatura, ze względu na związek między barwą światła i temperaturą, kiedy obiekty są ogrzewane do wysokiej temperatury. Tu zetkniemy się nieco z techniczną definicją temperatury barwowej. Po pierwsze, załóżmy, że dysponujemy obiektem, zdolnym do całkowitego pochłaniania ciepła i światła, a następnie z powrotem wypromieniowania tej energii. Obiekt taki (wyidealizowany, w rzeczywistości nieistniejący) jest nazywany ciałem doskonale czarnym lub doskonałym radiatorem.  Po drugie, zakładamy, że to doskonale czarne ciało wypromieniowuje światło podczas ogrzewania i że długość fali i spektrum tego światła jest uzależniona od temperatury tegoż ciała. Trzecie założenie jest takie, że gdy ciało doskonale czarne przyjmuje konkretną barwę, to wskazuje ona jednoznacznie na jego temperaturę. Oto właśnie definicja temperatury barwowej.

Podczas gdy różne ciała, podgrzewane do wysokiej temperatury, wypromieniowują światło o różnych częstotliwościach, temperatura przy której, światło przyjmuje konkretny kolor,  jest różna dla różnych ciał. Z tego powodu ciało doskonale czarne jest ciałem wyidealizowanym, używanym w celu ustalenia standardowych wartości i powiązania konkretnych kolorów wypromieniowywanego światła z konkretnymi temperaturami. To złożone zagadnienie wymagające szczegółowej wiedzy w zakresie fizyki i matematyki, ale nie musimy się w nim zagłębiać, żeby ustawić temperaturę barwową monitora LCD.

Temperatura barwowa monitorów LCD

Jak już wcześniej wspomnieliśmy, większość współczesnych monitorów LCD udostępnia w swoim menu funkcję ustawiania temperatury barwowej. I tak jak można by się tego spodziewać, obniżanie temperatury barwowej monitora LCD powoduje, że cały ekran się zaczerwienia, a przy jej podnoszeniu staje się za niebieski. Odpowiednie nazwy w menu monitorów mogą być różne w zależności od modelu. Czasem są to pary opcji, takie jak np. „blue” i „red” („niebieski” i „czerwony”) lub „cool” i „warm” („chłodny” i „ciepły”). W innych opisane są one wartościami numerycznymi, np. 6.500°K lub 9.300°K.

Jeśli do ustawiania temperatury barwowej dostępne są opcje „blue” i „red” lub „cool” i „warm”, wybierz „red” lub „warm” aby obniżyć temperaturę, a „blue” lub „cool” aby ją podnieść. O ile takie nazwanie tych opcji ułatwia zrozumienie tego, jak oko odbiera kolor biały, to ponieważ nie ma w tej sytuacji podanych wartości temperatury w stopniach Kelvina, użytkownik może mieć trudność z ustawieniem monitora do konkretnej temperatury barwowej.

Możliwość dokładnego ustawienia temperatury barwowej przez podanie jej wartości w stopniach Kelvina jest, jest bardzo przydatne przy dostrajaniu jakości obrazu wyświetlanego przez monitor LCD. Np. większość monitorów EIZO daje użytkownikom  możliwość wyboru jej wartości spośród około 14 dostępnych poziomów (w interwałach 500°K w zakresie od 4.000° do 10.000°K oraz dodatkowo 9.300°K). To dokładność godna najwyższych standardów przemysłowych. Bywają też monitory umożliwiające podanie wprost konkretnej temperatury w Kelvinach numerycznie. Jednak większość oferuje znacznie mniej opcji w menu OSD, np.: 5.000°, 6.500° i 9.300°K.

temperatura_barwowa_03

W większości monitorów LCD firmy EIZO, użytkownicy mogą precyzyjnie ustawić temperaturę barwową poprzez menu OSD w interwałach 500°K (fotografia po lewej). Z pomocą dołączonego oprogramowania – ScreenManager Pro – do konfigurowania różnych ustawień ekranu za pośrednictwem komputera, użytkownicy mogą z łatwością wybrać temperaturę barwową przy pomocy suwaka, widocznego u góry okna programu (fotografia po prawej).

Ze względu na konieczność wyboru optymalnej temperatury barwowej odpowiedniej do różnych okoliczności i aplikacji, to idealnie by było, gdybyśmy mogli dostosować temperaturę kolorów za pomocą wartości Kelvina. Poniżej podajemy kilka najczęstszych przykładów występujących w rzeczywistości.

Temperatura barwowa 6.500°K jest standardem dla zwykłych zastosowań na komputerach PC i dla standardu sRGB. Większość monitorów LCD w swoich ustawieniach temperatury barwowej oferuje również tą temperaturę. Jeżeli monitor oferuje tryb sRGB, to jej ustawienie nie powinno przedstawiać żadnych problemów. W większości przypadków, nawet jeśli są to monitory, w których temperaturę barwową reguluje się, używając opcji określanych jako „Blue” i „Red”, to będzie ona zbliżona do 6.500°K również w trybie standardowym, jednak może im brakować dokładności. Monitory LCD w niektórych komputerach przenośnych są ustawione na wyższe temperatury kolorów.

W dziedzinie wyświetlania obrazów wideo – np. w zastosowaniach telewizyjnych – standardem w japońskim systemie nadawania (NTSC-J) jest obecnie 9.300°K. Jest to znacznie powyżej 6.500°K będących standardem dla środowiska komputerowego. Obraz telewizyjny faktycznie ma wyraźny niebieski odcień. Jednak większość ludzi wydaje się być tak przyzwyczajonych do obrazu telewizyjnego, że często postrzegają monitory komputerowe jako zaczerwienione. Niektóre monitory oferują tryb obrazu o temperaturze barwowej około 9.300°K opisany jako tryb „Film” (ang. „Movie”) lub podobny. Podczas oglądania obrazu z tunera telewizyjnego w komputerze, można wybrać temperaturę barwową 9.300°K, aby reprodukcja kolorów była podobna do tej, jaką widzimy na domowym telewizorze.

Z drugiej zaś strony, w systemie nadawania stosowanym w USA (NTSC) standardem jest temperatura barwowa 6.500°K. Międzynarodowy standard cyfrowej telewizji wysokiej rozdzielczości (ITU-R BT.709) również stosuje temperaturę barwową 6.500°K. Podczas oglądania wideo na komputerze PC, możecie spróbować przełączać temperaturę barwową monitora LCD pomiędzy 6.500°K a 9.300°K, aby sprawdzić różnicę w odwzorowaniu kolorów.

W uproszczeniu można przyjąć zasadę, że większość japońskich filmów ma temperaturę 9.300°K, podczas gdy temperatura filmów niejapońskich wynosi 6.500°K. Oznacza to, że mamy największą szansę na osiągnięcie reprodukcji kolorów zbliżonej do tej, jaką zaplanowali filmowcy, ustawiając monitor LCD na 9.300°K podczas oglądania japońskiego filmu i 6.500°K, gdy oglądamy film niejapoński (oczywiście nie jest to reguła uniwersalna). Korzystając z modelu monitora o szerokiej gamie wyboru temperatur – np. z monitorów LCD firmy Eizo Nanao – użytkownik może ustawić taką temperaturę kolorów, przy której obraz będzie wyglądał najlepiej.

W branży Desktop Publishing (DTP) zajmującej się drukowaniem czy publikowaniem standardem jest temperatura barwowa 5.000°K (D50). Jest to temperatura oświetlenia zalecana przez Japońskie Towarzystwo Drukarskie Wydawnictw Naukowych i Technicznych do oceny kolorów w poligrafii. Chociaż norma ta może dać wyraźny czerwonawy odcień bielom na obrazach przystosowanych do standardów wideo i telewizyjnych lub podobnych, to celem jego zastosowania jest odtworzenie wyglądu kolorów na wydrukach, jaki miałyby podczas oglądania w warunkach zbliżonych do bezpośredniego oświetlenia przez światło słoneczne.

temperatura_barwowa_

Przykłady ekranów wyświetlających fotografię białej planszy przy ustawionych temperaturach barwowych 5.000°, 6.500° i 9.300°K (od lewej do prawej). Ponieważ zdjęcie zostało zrobione cyfrowym aparatem fotograficznym z temperaturą barwową ustawioną na 6.500°K, to biel na środkowym monitorze (ustawionym na 6.500°K) rzeczywiście wygląda na czystą biel. Natomiast lewy ekran (5.000°K) wygląda na zaczerwieniony, a prawy (9.300°K) zaniebieszczony. Oczywiście wraz ze zmianą ustawienia temperatury barwowej aparatu fotograficznego, wygląd bieli na tych obrazach będzie się odpowiednio zmieniał: Obraz o temperaturze niższej niż ustawiona w monitorze będzie się wydawał zaczerwieniony, a ten o wyższej niż w monitorze będzie zaniebieszczony.

temperatura_barwowa_05

Przykładowa plansza z kolorowymi pasami wyświetlana na ekranach ustawionych na temperatury 5.000°, 6.500°, and 9.300°K (od lewej do prawej). Zdjęcie zostało wykonane w takich samych warunkach jak to na fotografii powyżej. Wraz ze zmianą temperatury barwowej zmienia się odbiór koloru bieli, jak i ogólnie cały balans kolorów. Kolory wyświetlane z niższą temperaturą barwową wyglądają na cieplejsze, natomiast wyświetlane z wyższą temperaturą – zimniejsze.

Do precyzyjnego ustawienia temperatury barwowej niezbędne są specjalne narzędzia

Na poprzedniej stronie wyjaśniliśmy podstawową wiedzę potrzebną do ustawienia właściwej temperatury barwowej, odpowiedniej do konkretnych potrzeb. Jednak w zastosowaniach takich jak retusz cyfrowych fotografii i korekcje kolorów na potrzeby druku czy edycji wideo, przez profesjonalnych użytkowników i zaawansowanych amatorów, dla których odwzorowanie kolorów znacząco wpływa na końcową jakość pracy, zarządzanie temperaturą kolorów monitorów LCD ze zwiększoną dokładnością jest niezwykle ważne. Jeśli kolory retuszowanego zdjęcia, a reprodukcją kolorów w druku różnią się pomiędzy sobą, albo kolory wyglądają nienaturalnie podczas oglądania filmu na innym komputerze, to może to nie tylko zaszkodzić samej pracy, ale również znacznie zmniejszyć wydajność przetwarzania obrazu.

Spełnienie tych oczekiwań wymaga monitora LCD, który obsługuje zarządzanie kolorami oparte na kalibracji sprzętowej. System kalibracji sprzętowej wykorzystuje czujnik kolorów do mierzenia kolorów na ekranie i bezpośrednio kontroluje tablice look-up (LUT) monitora LCD. Umożliwia to skorygowanie rozbieżności w temperaturze barwowej wynikających z różnic pomiędzy poszczególnymi egzemplarzami monitorów LCD lub ich zużywaniem się w czasie eksploatacji i uzyskanie dokładnego odwzorowania kolorów, ważnego elementu podczas pracy z kolorami.

Posłużymy się monitorem LCD EIZO o dobrej reputacji w celu pokazania jak osiągnąć precyzyjne zarządzanie kolorem i pokrótce przedstawić wiedzę i specjalistyczne narzędzia niezbędne do pracy z temperaturą kolorów na wyższym poziomie. Polecamy również przeczytanie poniższych artykułów, aby poznać więcej informacji na temat kalibracji sprzętowej, gamy kolorów i tabel look-up.

Artykuły dotyczące sprzętowej kalibracji, zakresów kolorów i tabel look-up

Prawidłowe wyświetlanie kolorów jest koniecznością: Jak rozumieć przestrzeń kolorów monitora LCD http://www.eizo.com/global/library/basics/lcd_monitor_color_gamut/index.html

Maksymalna ilość kolorów i tabele Look-Up: Dwa zagadnienia istotne przy wyborze monitora
http://www.eizo.com/global/library/basics/maximum_display_colors/index.html

EIZO ColorEdge jest linią monitorów LCD oferujących zarządzanie kolorami. Wszystkie modele z serii ColorEdge wspierają sprzętową kalibrację, pozwalającą użytkownikom na szczegółowe zarządzanie wszystkimi aspektami reprodukcji kolorów, w tym temperaturą i gamą kolorów.

temperatura_barwowa_06

Monitory z serii ColorEdge mogą współpracować z kalibratorem ColorNavigator, w celu uzyskania bardziej zaawansowanych możliwości zarządzania kolorami

W komplecie w ze wszystkimi modelami monitorów z serii ColorEdge znajduje  się oprogramowanie ColorNavigator przeznaczone do zaawansowanego zarządzania kolorami. ColorNavigator oferuje szeroką gamę funkcji, m.in. do dopasowania temperatury barwowej monitora LCD do bieli konkretnego papieru. Korzystając z czujnika koloru (sprzedawany oddzielnie), użytkownicy mogą zmierzyć punkt bieli papieru i ustawić jako wzór bieli podczas wykonywania kalibracji sprzętowej monitora LCD. Pozwala to precyzyjnie dopasować biel ekranie do bieli papieru, zapewniając, że kolory na ekranie będą bardzo zbliżone do tych na wydrukach.

ColorNavigator oferuje również zaawansowaną funkcję emulacji dowolnej przestrzeni kolorów. Pozwala użytkownikom z dużą dokładnością odtworzyć na ekranie przestrzenie kolorów Adobe RGB, sRGB lub NTSC. ColorNavigator może również emulować przestrzenie kolorów odczytane z istniejących profili ICC, zamiast polegać na software’owych ustawieniach. Na przykład w zastosowaniach komercyjnych, emulując monitor LCD klienta, korzystając z jego profilu ICC, pozwala użytkownikowi usprawnić organizację pracy przy proofingu kolorów, symulując reprodukcję kolorów monitora klienta na monitorze ColorEdge.

ColorNavigator posiada również funkcje, które zachęcają użytkowników do wykonywania okresowej kalibracji sprzętowej swoich monitorów LCD i utrzymać dokładne odwzorowanie kolorów poprzez precyzyjne ręczne korekcje. Ponieważ jasność ekranu i odwzorowanie kolorów ulega zmianom w ciągu kilku lat używania monitora, temperatura kolorów również się zmieni. W zastosowaniach, w których precyzyjna reprodukcja kolorów jest najważniejsza, zwykłe wybranie gotowego ustawienia temperatury kolorów nie jest wystarczające. Dobrą zasadą jest, aby przeprowadzać kalibrację sprzętową raz na miesiąc lub dwa.

Oprogramowanie ColorNavigator zostało stworzone do użytku z monitorami z serii ColorEdge. Do łatwiejszego dopasowywania kolorów w ogólnych zastosowaniach służy narzędzie EIZO EasyPIX, przeznaczone dla monitorów z serii FlexScan SX oraz FlexScan S.

temperatura_barwowa_07

EIZO EasyPIX to łatwe narzędzie do dopasowywania kolorów dla zwykłych użytkowników

W oparciu o specjalistyczny czujnik EX1 oraz specjalistyczne oprogramowanie, EasyPIX pozwala użytkownikom łatwo dopasować kolory widziane na ekranie i na wydruku. Odbywa się to przez wizualne porównanie bieli wyświetlanej na ekranie z bielą papieru i ręczne ustawianie odcienia i jasności za pomocą specjalnego oprogramowania, aż oba odcienie będą wyglądały tak samo. Specjalny czujnik dokonuje pomiaru koloru ekranu, aby jak najlepiej pasował do bieli papieru. EasyPIX posiada również funkcję ustawiania odcienia kolorów na bliższy światłu naturalnemu lub lampy błyskowej (temperatura barwowa: 5500°K) lub na odcień standardowy, odpowiedni dla treści internetowych i ogólnych zastosowań PC (temperatura barwowa: 6500°K).

Korzystanie z oświetlenia i osłony na LCD w celu poprawy środowiska pracy z kolorami

Oprócz regulacji monitorów LCD przy pomocy specjalnych narzędzi, takich jak ColorNavigator lub EasyPIX, należy również dokładnie zadbać o miejsce pracy i jego otoczenia – oświetlenie i osłony na LCD.

W większości przypadków na stanowiskach pracy używa się oświetlenia fluorescencyjnego. Niektóre lampy fluorescencyjne są odpowiednie do pracy z kolorem, a inne się zdecydowanie do tego nie nadają. Większość świetlówek znajdujących się w ogólnej sprzedaży nie jest odpowiednia do pracy z kolorami. Zwykłe świetlówki mają  wysoce nierównomierne widmo światła, a rozbieżności kolorów jest łatwo zauważyć, porównując ekran monitora LCD z papierem. I tak na przykład, poprawnie wydrukowane kolory, mogą wydawać się zielonkawe w świetle fluorescencyjnym.

Świetlówki nadające się do pracy z kolorem są znane jako świetlówki wysokiego odwzorowania kolorów lub lampy fluorescencyjne do oceny koloru. Lampy te charakteryzują się równomiernym widmem podobnym do słonecznego i generują bardzo mało rozbieżności pomiędzy kolorami na ekranie LCD, wydrukiem na papierze i percepcją kolorów przez człowieka. Kolor, jaki widzimy to kolor, jaki przyjmuje obserwowany przedmiot w konkretnym oświetleniu. Dokładność odbioru koloru jest wyrażana przez uśredniony współczynnik oddawania kolorów  (Ra). Ra=100 oznacza oświetlenie identyczne z światłem naturalnym. Im wyższa jest wartość Ra, tym wyższa jest dokładność oddawania kolorów. Międzynarodowa Komisja ds. Oświetlenia (CIE) zaleca stosowanie oświetlenia fluorescencyjnego o wartości współczynnika Ra=90 lub wyższej w miejscach, w których ogląda się prace artystyczne lub dokonuje się oceny kolorów.

Większość świetlówek wysokiego odwzorowania ma kształt rury, co czyni je trudnymi do stosowania bez modyfikacji w większości domów. W tych przypadkach zalecamy trójzakresowe świetlówki fluorescencyjne, które oferują stosunkowo wysoką dokładność odwzorowywania koloru – jak na świetlówki – i są łatwo dostępne w powszechnej sprzedaży. Aby ustalić, czy świetlówka jest modelem trójzakresowym, wystarczy spojrzeć na jej specyfikację. Jeśli chodzi o temperaturę  barwową świetlówki, która ma posłużyć do oceny materiałów drukowanych, to najlepiej byłoby użyć lampy fluorescencyjnej o świetle dziennym (4600°-5400°K).

Osłonę ekranu montuje się u góry i po bokach monitora LCD w celu zmniejszenia wpływu otaczającego oświetlenia na ekran, a tym samym umożliwić zobaczenie prawdziwych kolorów na ekranie podczas pracy.

temperatura_barwowa_08

Modele z serii ColorEdge mogą być wyposażone w specjalistyczną osłonę tłumiącą odbicia

Specjalnie zaprojektowana osłona ekranu dla konkretnego modelu monitora LCD to rozwiązanie idealne, ale jeśli taka opcja jest niedostępna, użytkownik może wykonać osłonę samodzielnie, wycinając ją z kawałka kartonu, plastiku lub polistyrenu dopasowując do wielkości ekranu i malując całą jej powierzchnię od strony ekranu czarną matową farbą, dzięki czemu zminimalizuje odbicia światła. W końcu osłona musi tylko po prostu blokować światło otoczenia, aby nie osiągało ekranu monitora LCD i aby jego własne światło nie odbijało się z powrotem na ekran. Upewnij się, że osłona nie blokuje otworów wentylacyjnych odprowadzających ciepło z monitora. Nadmierne nagromadzenie ciepła wewnątrz monitora może spowodować uszkodzenie urządzenia.

Omówiliśmy klika podstawowych aspektów dotyczących temperatury barwowej, jak z niej korzystać i ustawić ją w monitorze LCD. Kolorystyka obrazów na monitorze LCD zmienia się diametralnie wraz z ustawieniami temperatury barwowej – różnica jest trudna do przeoczenia. Jeśli dotychczas używałeś tylko domyślnych ustawień swojego monitora, to zachęcamy do zapoznania się z jego menu ekranowym i sprawdzenie, jak zmienia się kolorystyka przy różnych ustawieniach temperatury. Podczas gdy ustawienie temperatury na 6500°K, trybu sRGB lub „standard” jest zalecany do ogólnego użytku komputera, to może się okazać, że zaczniesz preferować inne ustawienia temperatury do oglądania filmów, grania w gry komputerowe czy innych zastosowań.